第二章小信號(hào)放大器高頻電子線路

第二章高頻小信號(hào)放大器本章教學(xué)主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)高頻電路的基礎(chǔ)知識(shí)第三節(jié)高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器第四節(jié)小信號(hào)諧振放大器的穩(wěn)定性第五節(jié)場(chǎng)效應(yīng)管高頻放大器第六節(jié)線性寬帶放大集成電路與集中濾波器第七節(jié)放大電路的噪聲本章教學(xué)基本要求一、高頻電子線路的基礎(chǔ)電路二、高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器三、噪聲性能和低噪聲放大第二

章高頻小信號(hào)放大器了解選頻回路（濾波器）的種類及其在電路中的作用；掌握LC串、并聯(lián)回路的組成、原理和特性；掌握幾種常用的無(wú)源阻抗變換電路的結(jié)構(gòu)、工作原理和分析計(jì)算方法。掌握小信號(hào)調(diào)諧放大器的電路、工作原理和分析方法；了解寬頻帶放大器與集電選頻濾波器的特點(diǎn)和使用方法。了解電子電路中噪聲的來(lái)源和影響因素。掌握電阻熱噪聲的有關(guān)計(jì)算；掌握噪聲系數(shù)的定義和計(jì)算方法，了解噪聲溫度的概念；了解低噪聲放大器的作用、性能特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)電路。了解接收機(jī)的噪聲指標(biāo)的含義和靈敏度的概念。一、高頻電子線路的基礎(chǔ)電路二、高頻小信號(hào)調(diào)諧放大器三、噪聲性能和低噪聲放大本課程的高頻是指工作頻率在幾百KHz～幾百M(fèi)Hz之間的頻率，必須考慮放大器件的極間電容；小信號(hào)指的是放大器輸入信號(hào)小，放大器件是在線性范圍內(nèi)工作；高頻小信號(hào)放大器的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱高頻信號(hào)進(jìn)行不失真放大；高頻小信號(hào)放大器功能的表示形式。第一節(jié)概述圖2-1放大器的功能（1）數(shù)學(xué)式表示法（2）頻譜表示法輸入信號(hào)頻譜與輸出信號(hào)頻譜相同一、高頻小信號(hào)放大器的功能ui=Uim

cosωtuo=Au·

Uim

cosωt用LC諧振回路或集中選頻濾波器做負(fù)載二、高頻小信號(hào)放大器的分類按負(fù)載性質(zhì)分諧振放大器（又稱調(diào)諧放大器）用LC諧振回路作負(fù)載非諧振放大器按放大信號(hào)的頻譜寬窄分窄帶放大器寬帶放大器（如集中選頻放大器）用純阻或變壓器做負(fù)載，帶寬較寬高頻放大器分類和在通信系統(tǒng)中的位置

高頻放大器（低噪）和中頻放大器是高頻小信號(hào)放大器。具有低通傳輸特性的負(fù)反饋控制系統(tǒng)（自動(dòng)增益控制AGC）。小信號(hào)放大器（用于接收機(jī)）：高頻小信號(hào)放大器的特點(diǎn)

工作頻率較高。如GSM手機(jī)高放900MHz和1800MHz，發(fā)中頻117MHz，收一中71MHz，二中6MHz。

放大的頻帶信號(hào)。電路通常以頻率選擇性電路作為輸入回路和負(fù)載，頻率選擇電路可以是簡(jiǎn)單的諧振回路，例如調(diào)諧放大器（窄帶）；也可以是各種濾波器如陶瓷濾波器、聲表面波濾波器等，放大器是寬帶低噪放大器，應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)接收以及射頻測(cè)試儀器中。

特點(diǎn)：f1定義：放大器的電壓增益下降到最大值的倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻帶寬度。常用2△f0.7(或BW0.7)表示。三、高頻小信號(hào)放大器的主要技術(shù)指標(biāo)電壓增益與功率增益電壓增益功率增益通頻帶2△f0.7f20.707圖2-2放大器的通頻帶

Au↓=0.1Au0時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻帶寬度選擇性表示選取有用信號(hào)，抑制無(wú)用信號(hào)的能力。表征放大器選擇性好壞的一個(gè)參量，用來(lái)表示實(shí)際曲線形狀接近理想矩形的程度矩形系數(shù)，選擇性越好。

0.12△f0.1f0f1.00.7072△f0.7理想實(shí)際圖2-4矩形系數(shù)工作穩(wěn)定性：一般的不穩(wěn)定現(xiàn)象是：增益變化、中心頻率偏移、通頻帶變窄、諧振曲線變形等，不穩(wěn)定的極端情況是放大器發(fā)生自激，放大器不能正常工作。指放大器的工作狀態(tài)、晶體管參數(shù)、電路元件參數(shù)等變化時(shí)，放大器主要性能指標(biāo)的穩(wěn)定程度。噪聲系數(shù)：指輸入端的信噪比與輸出端的信噪比的比值圖2-4濾波器的理想幅頻特性一、濾波器（選頻回路）的分類及功能（一）濾波器的功能：是根據(jù)某一特定的性能要求實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的頻譜進(jìn)行處理的電路。（二）分類1按頻率特性分為：低通、高通、帶通和帶阻濾波器第二節(jié)高頻電路的基礎(chǔ)知識(shí)

圖（a）為理想低通濾波器的幅頻特性，從0到的頻率范圍，其信號(hào)傳輸系數(shù)等于常數(shù)，而頻率大于后信號(hào)傳輸系數(shù)。圖（b）為理想高通濾波器的幅頻特性，的頻率范圍，其信號(hào)傳輸系數(shù)等于常數(shù)，而頻率范圍，其信號(hào)傳輸系數(shù)。圖（c）為理想帶通濾波器的幅頻特性，的頻率范圍，其信號(hào)傳輸系數(shù)等于常數(shù)，而和的頻率范圍，其信號(hào)傳輸系數(shù)。圖（d）為理想帶阻濾波器幅頻特性，的頻率范圍，信號(hào)傳輸系數(shù)，而和頻率范圍，其信號(hào)傳輸系數(shù)等于常數(shù)。2按所用器件的特點(diǎn)：可分為無(wú)源和有源濾波器。無(wú)源濾波器是由無(wú)源器件組成，例如LC濾波器、RC濾波器、石英晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面濾波器等。3

按處理的信號(hào)形式：可分為模擬濾波器、數(shù)字濾波器和抽樣數(shù)據(jù)濾波器。有源濾波器是指在所構(gòu)成的濾波器中含有放大器等有源電路，例如有源RC濾波器、開(kāi)關(guān)電容濾波器等。第二節(jié)高頻電路的基礎(chǔ)知識(shí)二、LC串并聯(lián)諧振回路的特性

分為：主要特點(diǎn)：選頻、濾波作用1、電感元件在高頻電路中不是理想無(wú)損電感，它的損耗電阻是不能忽略的。2、一個(gè)實(shí)際的電感元件，可以用一個(gè)理想無(wú)損電感L和一個(gè)串聯(lián)的損耗電阻來(lái)等效。可用圖2-5（b）表示。由于集膚效應(yīng)的影響，損耗電阻隨頻率增高而增大。3、一個(gè)有損耗的電感線圈在工作頻率下ω通過(guò)Q表可測(cè)得電感線圈的電感值和空載品質(zhì)因數(shù)Q0

，而Q0

的大小就反映損耗的大小。4、電感線圈的品質(zhì)因數(shù)定義是

二、LC串并聯(lián)諧振回路的特性（一）電感線圈的高頻特性一般情況下，線圈的值通常在幾十到三百左右。圖2-5有損電感的等效關(guān)系5、一個(gè)實(shí)際電感若已知在工作頻率ω條件下測(cè)得電感值L和空載品質(zhì)因數(shù)Q0，則可用電感L和的串聯(lián)電路等效。

6、當(dāng)時(shí)，一個(gè)實(shí)際有損電感可用一個(gè)無(wú)損電感L和一個(gè)并聯(lián)電阻或來(lái)等效。其中，或。圖2-5有損電感的等效關(guān)系一個(gè)實(shí)際的電容元件也是有損耗的，電容元件的損耗電阻的值主要決定于介質(zhì)材料。目前，電容元件的值可達(dá)幾千到幾萬(wàn)的數(shù)量級(jí)，與電感元件相比，其損耗可忽略，因而在高頻電路中一般認(rèn)為是無(wú)損元件。（二）電容元件的高頻特性二、LC串并聯(lián)諧振回路的特性（三）LC串聯(lián)諧振回路一個(gè)無(wú)負(fù)載電阻γL的串聯(lián)LC電路，由于電感L有損耗，可等效為如圖2-6（a）所示的LCγ0

串聯(lián)電路。圖2-6LC串聯(lián)諧振回路

串聯(lián)回路的阻抗諧振頻率串聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)是表征回路諧振過(guò)程中電抗元件的儲(chǔ)能與電阻元件耗能的比值。由于回路無(wú)負(fù)載電阻，對(duì)應(yīng)的品質(zhì)因數(shù)稱為空載品質(zhì)因數(shù)?？蛰d串聯(lián)諧振回路特性

（三）LC串聯(lián)諧振回路串聯(lián)回路的阻抗

式中，

諧振頻率接入負(fù)載電阻后的有載品質(zhì)因數(shù)有載串聯(lián)諧振回路特性

如圖2-7有載串聯(lián)諧振回路接入負(fù)載電阻γL

后，可等效為如圖2-7所示的LCγL

串聯(lián)電路。

LC串聯(lián)諧振回路的幅頻與相頻特性

在串聯(lián)回路兩端加一恒壓信號(hào)

，則流過(guò)電路的電流

當(dāng)諧振時(shí)，流過(guò)電路電流最大，稱為諧振電流。

（三）LC串聯(lián)諧振回路令：

相對(duì)電流值的模及相角為

圖2-8相對(duì)幅頻特性與相頻特性

串聯(lián)諧振回路阻抗頻率特性

回路阻抗:諧振頻率：阻抗特性:0Z

r圖2-10阻抗幅頻特性圖2-11阻抗相頻特性，回路呈純阻性時(shí)，，回路呈感性時(shí)，，回路呈容性時(shí)，當(dāng)（諧振電阻）電流最大(ω)90o-90o0o0LC特點(diǎn)：作陷波器圖2-9有載串聯(lián)回路如圖2-12所示，如回路的激勵(lì)電壓幅值保持不變，當(dāng)頻率為ω=ω1或ω=ω2

時(shí)，此時(shí)回路電壓等于諧振值的（半功率點(diǎn)），因此：ξ=1。由圖2-8可見(jiàn)，回路Q的值愈高，諧振曲線愈尖銳，對(duì)外加電壓的選頻作用愈顯著，回路的選擇性就愈好，因此，回路Q值的大小可說(shuō)明回路選擇性的好壞。為了衡量諧振回路的選擇性，引入通頻帶的概念。串聯(lián)諧振回路通頻帶

f1f20.707圖2-12通用的通頻帶回路的通頻帶為：

5、串聯(lián)諧振回路通頻帶

如圖2-12所示，回路的通頻帶在ω=ω1

處為微失諧在ω=ω2處也為微失諧而，所以例1：已知LC串聯(lián)諧振回路的解：6、例題

例2：某電感線圈L在f=10MHz時(shí)測(cè)得L=3μH，Q0=80。試求與L串聯(lián)的等效電阻r。解：6、例題

（四）LC并聯(lián)諧振回路一個(gè)無(wú)負(fù)載電阻RL的并聯(lián)LC電路，由于電感L有損耗，可等效為如圖2-13所示LC并聯(lián)電路。圖2-13LC并聯(lián)諧振回路并聯(lián)回路的導(dǎo)納為

式中

Is.LrCL的等效損耗電阻ZG0（R0）（a)（b)無(wú)負(fù)載電阻RL的并聯(lián)諧振電路1）諧振條件：當(dāng)回路的電納B(ω)

=

0時(shí),回路呈諧振狀態(tài)3）諧振阻抗：達(dá)到最大值，且為純阻性2）諧振頻率：4）諧振電壓：諧振時(shí)電壓達(dá)到最大值且與同相

回路諧振特性

其中，為回路無(wú)阻尼振蕩頻率為空載品質(zhì)因數(shù)

當(dāng)Q0不很高時(shí)，并聯(lián)回路的諧振頻率ωp

不等于回路無(wú)阻尼振蕩頻率ω0。而當(dāng)Q0比較高時(shí)，ωp=ω0

，這對(duì)于多數(shù)通信電路，近似條件是成立的。圖2-14無(wú)載并聯(lián)回路品質(zhì)因數(shù)

它反映諧振回路損耗的大小物理意義：諧振時(shí)（諧振回路的特性阻抗）諧振電阻結(jié)論：諧振時(shí)電感和電容中的電流幅值為外加電流源的Q倍并聯(lián)諧振回路中的電流5）諧振電流：有負(fù)載電阻RL的并聯(lián)諧振電路若接入負(fù)載電阻RL，則在Q0﹥﹥1的條件下回路兩端等效電阻為RL

與R0

并聯(lián)，等效電路如圖2-14所示，R=R0RL/(R0+RL)。圖2-14無(wú)載并聯(lián)回路

其中1)回路導(dǎo)納2)諧振頻率3)有載品質(zhì)因數(shù)有負(fù)載電阻RL的并聯(lián)諧振電路4)回路阻抗圖2-15并聯(lián)回路的阻抗與相頻特性

5)回路相位0Z

RP阻抗頻率特性相相位頻率特性z90o-90o0o0LC當(dāng)ω=ω0時(shí)，回路呈純電阻特性

ω﹥?chǔ)?時(shí)，回路呈容抗特性

ω﹤ω0時(shí)，回路呈感抗特性在諧振時(shí)，回路相移為零，阻抗最大，導(dǎo)納最小，且為純阻性失諧時(shí)，回路有相移，且回路阻抗下降。6）諧振曲線回路兩端電壓幅值與工作頻率之間的關(guān)系

當(dāng)在附近時(shí)，

為失諧量

圖2-16并聯(lián)回路

常用的諧振曲線為歸一化諧振曲線，即為在諧振點(diǎn),Δf=0，U/U0=1。隨著|Δf|的增大，U/U0將減小。對(duì)于同樣的偏離值Δf，Q越高，U/U0衰減就越多，諧振曲線就越尖銳，即回路兩端電壓衰減越快，對(duì)外加信號(hào)的選頻作用越顯著，即選擇性越好

Q1Q2Q2>Q1結(jié)論：Q值越高，諧振曲線就越尖銳，回路選擇性越好圖2-17并聯(lián)回路諧振曲線7）通頻帶

結(jié)論：通頻帶與Q成反比，Q越高，回路選擇性越好，但通頻帶越窄。定義:回路電壓下降到最大值的倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍，用（）表示?？傻贸隹蛰d品質(zhì)因數(shù)8）負(fù)載與信號(hào)源內(nèi)阻對(duì)回路影響

考慮Ｒs和ＲL后的并聯(lián)諧振回路，如圖2-18所示。諧振頻率不變回路諧振電阻有載品質(zhì)因數(shù)

（考慮Ｒs和ＲL）

（不考慮Ｒs和ＲL）由于，所以結(jié)論：考慮Ｒs和ＲL,Q下降，選擇性變壞，但通頻帶加寬。

注：一個(gè)有損耗的電感線圈在工作頻率0下通過(guò)表可測(cè)得線圈的電感值和空載品質(zhì)因數(shù)，而的大小就反映損耗的大小。如圖2-18有負(fù)載電阻RL的并聯(lián)諧振電路有負(fù)載電阻RL的并聯(lián)諧振電路例

1已知LC并聯(lián)諧振回路的電感L在f=30MHz時(shí)測(cè)得L=1μH，Q0=100，試求諧振頻率f0=30MHz時(shí)的C和并聯(lián)諧振電阻Rp。解：例2

下圖中，L=586H,C=200PF,r=12,RS

=RL=100k

，試

分析信號(hào)源及負(fù)載對(duì)諧振回路特性的影響。1.計(jì)算無(wú)RS、RL時(shí)回路的固有特性：f0、Q0、RP、BW0.7[解]LrUs.CRLRSR02.計(jì)算有RS、RL時(shí)回路的特性：f0、Q、RP、BW0.7LrUs.CRLRS由于L、C基本不變，故諧振頻率f0＝465kHz不變?nèi)⒙?lián)阻抗的等效互換1)等效概念：等效互換前的電路與等效互換后的電路阻抗相等\

串并聯(lián)等效互換后Q不變。2)互換關(guān)系：根據(jù)品質(zhì)因數(shù)Q的定義并聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)串聯(lián)電路的品質(zhì)因數(shù)

結(jié)果表明:串聯(lián)電路轉(zhuǎn)換為等效并聯(lián)電路后，電抗元件性質(zhì)不變，且在高Q時(shí)，電抗值基本不變，而并聯(lián)電路的電阻為串聯(lián)電路的Q2倍四并聯(lián)諧振回路的耦合聯(lián)接與阻抗變換

（1）諧振回路的Ｑ值大大下降；（2）信號(hào)源和負(fù)載電阻常常是不相等的，即阻抗不匹配，當(dāng)兩者相差較多時(shí)，負(fù)載上得到的功率可能很??；（3）信號(hào)源內(nèi)阻或負(fù)載不一定是純電阻，可能還包括電抗部分如果考慮信號(hào)源輸出電容和負(fù)載電容，會(huì)影響回路的諧振頻率。并聯(lián)諧振回路作為放大器的負(fù)載可實(shí)現(xiàn)選頻功能，但信號(hào)源內(nèi)阻或負(fù)載直接并聯(lián)在LC回路兩端，存在問(wèn)題：解決方法：可用阻抗變換電路。（2）若

則，實(shí)現(xiàn)從低阻向高阻的變換，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，同時(shí)回路品質(zhì)因數(shù)大大提高

注：（1）反映電壓比RLN1N2M+u1-+u2-C（一）變壓器耦合聯(lián)接阻抗變換電路

設(shè)變壓器為無(wú)耗的理想變壓器，則等效到初級(jí)回路的電阻RL'上所消耗的功率應(yīng)和次級(jí)負(fù)載RL上所消耗功率相等，即或設(shè)接入系數(shù)則（二）自耦變壓器阻抗變換電路

則設(shè)接入系數(shù)則接入系數(shù)的定義：（三）雙電容分壓阻抗變換電路（四）雙電感抽頭阻抗變換電路

和是各自屏蔽的（令M=0）

在實(shí)際應(yīng)用中，除了阻抗需要變換外，有時(shí)電壓源，電流源，電容,電感需要折算，根據(jù)接入系數(shù)的定義，可得到其它量的變比關(guān)系：例3

下圖所示電路為一等效電路，其中計(jì)算回路的諧振頻率、諧振電阻。解：由上圖畫出等效電路分析：此題是基本等效電路的計(jì)算,其中L為有損電感，應(yīng)考慮損耗電阻R0,其次應(yīng)進(jìn)行抽頭電路等效變換。諧振電阻：例4

下圖中，線圈匝數(shù)N12

=10匝，N13

=50匝，

N45

=5匝，L13=8.4H,C=51pF,Q0=100,Is

=1mA,RS

=10k,

RL=2.5k,求有載品質(zhì)因數(shù)QL、通頻帶BW0.7、諧振輸出電壓Uo。IsCUo123+–RLRs54解：將Is

、RS

、RL均折算到并聯(lián)諧振回路1-3兩端BW0.7=f

0

/

QL=103kHz例2：電路如圖所示，給定參數(shù)為分析：L為有損電感+抽頭電路等效變換解：由上圖畫出等效電路：(1)求L13(2)求QL)(1.34383013.0107.7010101105.214.01)(7.70601025.110302111263322202166013000usgpgRgpgusQLRgLg=+′+′+′=+++==′′′′′===S-pw

以諧振回路為選頻網(wǎng)絡(luò)的高頻小信號(hào)放大器稱為小信號(hào)諧振放大器或小信號(hào)調(diào)諧放大器。構(gòu)成：小信號(hào)放大器＋LC諧振回路作用：選出有用頻率信號(hào)并加以放大，而對(duì)無(wú)用頻率信號(hào)予以抑制。(選頻和放大）按諧振回路分:單調(diào)諧放大器、雙調(diào)諧放大器、參差調(diào)諧放大器。

第三節(jié)晶體管高頻小信號(hào)諧振放大器

第三節(jié)晶體管高頻小信號(hào)諧振放大器

第三節(jié)晶體管高頻小信號(hào)諧振放大器一、晶體管高頻小信號(hào)等效電路

第三節(jié)晶體管高頻小信號(hào)諧振放大器一、晶體管的高頻小信號(hào)等效電路

（一）參數(shù)等效電路

下圖是晶體管及其參數(shù)等效電路。設(shè)輸入端有輸入電壓和輸入電流，輸出端有輸出電壓和輸出電流。根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)理論，若選輸入電壓和輸出電壓為自變量，輸入電流和輸出電流為參變量，則得到參數(shù)系的方程組

其中，稱為輸出短路時(shí)的輸入導(dǎo)納；稱為輸入短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)納；稱為輸出短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納；稱為輸入短路時(shí)的輸出導(dǎo)納。

圖2-××

晶體管等效電路

對(duì)于共射接法，輸入電壓為，輸入電流為，輸出電壓為，輸出電流為，則

對(duì)于共基接法，輸入電壓為，輸入電流為，輸出電壓為，輸出電流為，則

對(duì)于共集接法，輸入電壓為，輸入電流為，輸出電壓，輸出電流為，則

（一）參數(shù)等效電路

（二）混合等效電路

下圖是晶體管的混合等效電路。

1，是基區(qū)擴(kuò)展電阻。其值幾十歐姆到幾百歐姆。

2，是發(fā)射結(jié)電阻。晶體管放大應(yīng)用時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏量，數(shù)值較小，約幾百歐姆，可表示為

式中，晶體管低頻電流放大系數(shù)；為發(fā)射極靜態(tài)電流，單位。

3，是發(fā)射結(jié)電容，約20pf—0.01μf。

4，是集電結(jié)結(jié)電阻。由于集電結(jié)處于反向偏置，的數(shù)值很大,10k-10MΩ。

圖2-××晶體管混合等效電路

5，是集電結(jié)結(jié)電容。其數(shù)值較小,約幾個(gè)pf。

6，表示晶體管放大作用的電流源，而，稱為跨導(dǎo)，單位為,幾十西門子以下

7，是集電極與發(fā)射極之間的電阻，數(shù)值一般很大，一般在幾十千歐以上。

8，是集電極與發(fā)射極之間的電容，數(shù)值一般很小。

（三）參數(shù)與混合參數(shù)之間的近似轉(zhuǎn)換公式

（一）放大器的工作原理與等效電路(3)LC并聯(lián)諧振回路為放大器的集電極負(fù)載，起選頻作用。振蕩器采用抽頭聯(lián)接，可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。(1)R1、R2、Re

構(gòu)成分壓式電流反饋直流偏置電路，保證晶體管工作在甲類狀態(tài)。(2)CB、CE為高頻旁路電容，電容值比低頻放大器中小得多。(4)為了實(shí)現(xiàn)晶體管輸出阻抗與負(fù)載之間的阻抗匹配，減少晶體管輸出阻抗與負(fù)載對(duì)回路的影響，晶體管的輸出及下一級(jí)放大器均通過(guò)阻抗變換電路接入。二、單調(diào)諧回路諧振放大器1工作原理第一步：由原電路畫出交流通路Vcc：交流接地CB、CE：交流短路LCYie41235+–+–cbe交流通路2等效電路LCYie41235+–+–cbe交流通路第二步：由交流通路畫Y參數(shù)等效電路1將前級(jí)等效為信號(hào)源和內(nèi)導(dǎo)納，并在b、e兩端產(chǎn)生輸入信號(hào)電壓。

2、放大器的輸入導(dǎo)納和輸出導(dǎo)納

設(shè)晶體管T1的等效負(fù)載導(dǎo)納為

(1)晶體管的內(nèi)部特性

(2)接入后的外部特性

可得（3）放大器的輸入導(dǎo)納

（4）放大器的輸出導(dǎo)納（與上推導(dǎo)相似）

（5）結(jié)論：

由于晶體管的存在，放大器的輸入導(dǎo)納不僅與有關(guān)，而且與負(fù)載導(dǎo)納有關(guān)，而是與后面各級(jí)均有關(guān)。同樣放大器的輸出導(dǎo)納不僅與有關(guān)，而且與前級(jí)信號(hào)源導(dǎo)納有關(guān)。前面各級(jí)有關(guān)。因而對(duì)于多級(jí)放大器來(lái)說(shuō)分析就很困難。特別是的存在對(duì)放大器的穩(wěn)定有很大的影響。因而分析時(shí)先令，進(jìn)行簡(jiǎn)化，后面將會(huì)討論怎樣減小的影響。

將所有參數(shù)折合到LC回路兩端，集電極的接入系數(shù)簡(jiǎn)化的高頻等效電路負(fù)載的接入系數(shù)為回路本身的損耗

假設(shè)晶體管的yre=0，有用部分p1p2（二）放大器的技術(shù)指標(biāo)1電壓增益

當(dāng)放大器諧振時(shí)：諧振時(shí)電壓增益：即諧振頻率：增益幅值：相角：回路有載品質(zhì)因數(shù)：2諧振曲線

－廣義失諧因子（表示放大器的相對(duì)電壓增益與輸入信號(hào)頻率的關(guān)系。）

③放大器的通頻帶④放大器的矩形系數(shù)0.12△f0.1f12△f0.7f20.707三、多級(jí)單調(diào)諧回路諧振放大器（每級(jí)的)設(shè)放大器有m級(jí)，每級(jí)都是單調(diào)回路，且諧振頻率相同為1）總電壓增益當(dāng)各級(jí)電壓增益相同，則，2）諧振曲線m級(jí)相同的放大器級(jí)聯(lián)時(shí)，它的諧振曲線等于各單級(jí)諧振曲線的乘積。即可見(jiàn)，級(jí)數(shù)越多，諧振曲線越尖銳3）總通頻帶

——帶寬縮減因子可見(jiàn)級(jí)聯(lián)后總通頻帶變窄。結(jié)論：級(jí)聯(lián)的放大器級(jí)數(shù)m越多，總增益越大,但總通頻帶越窄。4）總矩形系數(shù)

由該表知，級(jí)聯(lián)的放大器級(jí)數(shù)越多，雖有所改善，但效果不大。

由以上分析知，單調(diào)諧放大器的選擇性差，增益和通頻帶的矛盾突出。改善放大器選擇性和解決其增益與通頻帶之間的矛盾的有效方法是采用參差調(diào)諧放大器和雙調(diào)諧放大器。第四節(jié)小信號(hào)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定性即Π等效電路中存在。一、諧振放大器不穩(wěn)定的原因低頻時(shí)可忽略，高頻時(shí)不可忽略。它使輸出信號(hào)反饋到輸入端，一定條件下導(dǎo)致自激，放大器將不穩(wěn)定。原因：反向傳輸導(dǎo)納

放大器的輸入導(dǎo)納Yi從晶體管的ce兩端向諧振回路看的等效負(fù)載導(dǎo)納可見(jiàn)，由于Yre的存在，使得放大器的輸入導(dǎo)納與負(fù)載導(dǎo)納有關(guān)。2.輸出導(dǎo)納Y0Y0由于yre的存在，使得放大器的輸出導(dǎo)納Yo不僅與晶體管的輸出導(dǎo)納yoe有關(guān)，而且還與放大器輸入端的信號(hào)源內(nèi)導(dǎo)納Ys有關(guān)。二、放大器的穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定增益（一）放大器的穩(wěn)定系數(shù)而通過(guò)

yre

反饋到輸入端的反饋電壓

+-則放大器要產(chǎn)生自激振蕩穩(wěn)定系數(shù)定義S=1為維持自激振蕩的條件，放大器不穩(wěn)定；S<1,一定要產(chǎn)生自激；S>>1，放大器穩(wěn)定，一般S>>5就可認(rèn)為是穩(wěn)定的。穩(wěn)定系數(shù)與電路參數(shù)的關(guān)系

由于Ys是信號(hào)源的內(nèi)導(dǎo)納，它由前級(jí)放大器的諧振回路等效而得

式中，

（一）放大器的穩(wěn)定系數(shù)同理，輸出回路也可以用相同形式表示，即其中，

通常，放大器輸入回路與輸出回路相同，即，，根據(jù)相位相同的條件，，可得

則（一）放大器的穩(wěn)定系數(shù)什么是穩(wěn)定增益

是指不加任何穩(wěn)定措施，保持放大器穩(wěn)定工作所允許的最大電壓增益。穩(wěn)定電壓增益與電路參數(shù)的關(guān)系

圖2-××放大器的等效電路

設(shè)各級(jí)放大器的參數(shù)均相同，且晶體管接入兩級(jí)諧振回路的接入系數(shù)分別為P1和P2，則單級(jí)放大器電壓增益為：（二）單級(jí)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定增益

由于各級(jí)參數(shù)相同，從輸出電壓U0

處向放大器輸出端看，可認(rèn)為其等效導(dǎo)納為Ys

，則可得

則當(dāng)回路諧振時(shí)，諧振電壓增益為將穩(wěn)定系數(shù)S式中的代入上式（二）單級(jí)調(diào)諧放大器的穩(wěn)定增益穩(wěn)定電壓增益的應(yīng)用說(shuō)明

的計(jì)算公式通常是在已知晶體管參數(shù)的條件下，根據(jù)穩(wěn)定系數(shù)S的要求來(lái)確定自己設(shè)計(jì)的放大器的允許的最高電壓增益。只要實(shí)際放大器的電壓增益，這個(gè)放大器就是穩(wěn)定的。

例，已知某晶體管工作頻率為10.7MHz，Yfe=(26.4-j36.4)ms，Yre=(0.08-j0.3)ms。用其設(shè)計(jì)放大器，若S≥5認(rèn)為是穩(wěn)定的。可以計(jì)算

這說(shuō)明用這個(gè)晶體管設(shè)計(jì)制作放大器，只要放大器電壓增益不大于12.52，在沒(méi)有任何穩(wěn)定措施條件下，放大器是穩(wěn)定的。即滿足S≥5的要求。在晶體管放大器的輸出與輸入之間引入一個(gè)附加的外部反饋電路，以抵消晶體管內(nèi)部Yre的反饋?zhàn)饔谩?/p>

三、提高諧振放大器穩(wěn)定性的方法選用Yre（或Cb’c

）小的晶體管單向化中和法失配法1中和法YN，

內(nèi)反饋：外反饋：反饋?zhàn)饔玫窒?，?yīng)有yre

由于Yre的反饋?zhàn)饔茫沟镁w管成為一個(gè)雙向器件。使Yre

的反饋?zhàn)饔们宄倪^(guò)程稱為單向化。單向化的目的是提高放大器的穩(wěn)定性。CN通常的實(shí)部很小，可以忽略。故，常采用一個(gè)電容CN來(lái)抵消Yre

虛部中的電容反饋，由于虛部中的

與有關(guān)，常用代替。+--+中和電容1中和法三、提高諧振放大器穩(wěn)定性的方法+-+-三、提高諧振放大器穩(wěn)定性的方法特別注意：嚴(yán)格的中和是很難達(dá)到的。因?yàn)榫w管的Yre是隨頻率變化的，而CN不隨頻率變化。所以，只能對(duì)一個(gè)頻率點(diǎn)起到完全中和的作用。2失配法增大負(fù)載導(dǎo)納YL，使回路總導(dǎo)納增大，導(dǎo)致輸出回路嚴(yán)重失配，輸出電壓減小，從而減小內(nèi)反饋。降低電壓增益方法較多，例如，可選用合適的接入系數(shù)；在諧振回路兩端并端電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)降低電壓增益。在實(shí)際應(yīng)用中，較多的是采用共射—共基級(jí)聯(lián)放大器，其等效電路如圖所示。

失配法的實(shí)質(zhì)：是降低放大器的電壓增益，以滿足穩(wěn)定的要求。L+–+–T1T2C共射－共基組合電路調(diào)諧放大器T2（共基）：輸入阻抗?。ㄝ斎雽?dǎo)納大）→T1的負(fù)載導(dǎo)納大→從而使共射晶體管內(nèi)部反饋減弱，穩(wěn)定性大大提高2失配法共射電路在負(fù)載導(dǎo)納很大的情況下，雖然電壓增益減小，但電流增益仍較大；而共基電路雖然電流增益接近1，但電壓增益卻較大。所以二者級(jí)聯(lián)后，互相補(bǔ)償，電壓增益和電流增益都比較大。共射—共基級(jí)聯(lián)晶體管可以等效為一個(gè)共射晶體管。L+–+–T1T2C共射－共基組合電路調(diào)諧放大器可見(jiàn)，復(fù)合管的輸入導(dǎo)納和正向傳輸導(dǎo)納與單管參數(shù)近似相等。反向傳輸導(dǎo)納遠(yuǎn)小于單管的，表明內(nèi)部反饋弱，放大器穩(wěn)定性提高。而輸出導(dǎo)納也比單管的要小。

第五節(jié)場(chǎng)效應(yīng)管高頻放大器一場(chǎng)效應(yīng)管的優(yōu)點(diǎn)

場(chǎng)效應(yīng)管具有輸入阻抗高、動(dòng)態(tài)范圍大、噪聲小、線性好、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在分立元件的高頻放大器中,有取代晶體管的趨勢(shì)。特別是雙柵場(chǎng)效應(yīng)管高頻放大器在彩色電視機(jī)的高頻調(diào)諧器、無(wú)線車載接收機(jī)和無(wú)線電話接收機(jī)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。二結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管高頻放大器如右圖所示，共源-共柵高頻放大器具有電壓增益較高、工作穩(wěn)定、高頻特性好、動(dòng)態(tài)范圍大、噪聲小、線性好等特點(diǎn),在通信系統(tǒng)的高頻放大中應(yīng)用較為廣泛。

圖2-××共源一共柵高頻放大器三雙柵場(chǎng)效應(yīng)管高頻放大器圖2-××雙柵場(chǎng)效應(yīng)管高頻放大器雙柵場(chǎng)效應(yīng)管在一個(gè)管子中有兩個(gè)控制柵極，也稱為雙柵MOS管。如下圖所示，從結(jié)構(gòu)上看可以認(rèn)為是兩個(gè)單柵場(chǎng)效應(yīng)管的串聯(lián)組成。由于增加了第二柵極，它具有一定屏蔽作用，使得漏極與第一柵極之間的反饋電容變得很小，一般均小于.05pf。因此，用這樣管子做的放大器穩(wěn)定性高。右圖是彩電高頻調(diào)諧器中的具有自動(dòng)增益控制作用的雙柵場(chǎng)效應(yīng)管高頻放大器。從結(jié)構(gòu)上看相當(dāng)于共源—共柵放大器。輸入信號(hào)通過(guò)L1C1

組成單調(diào)諧輸入回路加到第一柵極g1進(jìn)行放大，通過(guò)雙調(diào)諧回路輸出。當(dāng)?shù)诙艠O電壓改變時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管正向傳輸特性曲線的斜率跟隨變化，從而改變放大器的增益，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制(AGC)。

隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，小信號(hào)選頻放大器越來(lái)越多地采用集成寬帶放大器和集中選頻濾波器組成的集中選頻放大器。寬帶集成放大器電路的型號(hào)很多，各自的性能和應(yīng)用范圍也有所不同，使用時(shí)可以根據(jù)需求查閱相關(guān)資料進(jìn)行選擇。集中選頻濾波器具有接近理想矩形的幅頻特性。常用的集中選頻濾波器有石英晶體濾波器、陶瓷濾波器、聲表面波濾波器和LC濾波器。下面先討論寬帶放大器，再介紹集中選頻濾波器。第六節(jié)線性寬帶放大集成電路與集中濾波器一線性寬頻帶集成放大器

（一）利用負(fù)反饋的集成寬帶放大器

8FZ1集成放大器是利用負(fù)反饋展寬頻帶的。放大器是由兩個(gè)晶體管組成的直接耦合放大器。電路中利用Rf

實(shí)現(xiàn)電流并聯(lián)負(fù)反饋以展寬頻帶，同時(shí)在(Re1+Re2)兩端并聯(lián)15pf電容改善高頻特性，提升高端電壓增益。引腳8、6并入電阻，可增強(qiáng)反饋；8、9串入電阻可減小反饋；2、3或3、4連接電阻，可改變放大器增益。第六節(jié)線性寬帶放大集成電路與集中濾波器（二）共射—共基集成寬頻帶放大器圖2-MC1490內(nèi)部電路圖

右圖是MC1490寬頻帶集成放大電路的內(nèi)部電路圖，該電路的組成特點(diǎn)是：由T1、T2組成共射差分輸入級(jí)，去驅(qū)動(dòng)由T3、T4和T5、T6組成的共基差分放大器。由于T3、T4、T5、T6的基極是通過(guò)AGC直流電壓控制，相當(dāng)于基極交流接地。從放大作用來(lái)看是由T1、T3和T2、T6組成共射—共基差分放大電路，其差動(dòng)輸出由T3和T6的集電極輸出。

一線性寬頻帶集成放大器

圖2-MC1490內(nèi)部電路圖（二）共射—共基集成寬頻帶放大器

T4和T5的基極直流電壓的變化只是對(duì)T3和T6起分流作用，使其電壓增益變化，達(dá)到自動(dòng)電壓增益控制的目的。T3和T6的集電極輸出直接與T7和T10的基極相連，而T7、T8和T10、T9組成共集共射級(jí)聯(lián)，而T7、T8和T10、T9組成共集共射組合管的差分放大器的輸出級(jí)，其輸出由T8和T9的集電極輸出。T11、T12、T13、T14、T15、T16和二極管構(gòu)成偏置電路。AGC電路功能是由T4、T5實(shí)現(xiàn)。AGC電壓較低時(shí)，T4、T5截止，不影響電路正常工作。當(dāng)AGC電壓超過(guò)5V時(shí)，T4、T5導(dǎo)通，分流T3、T6的射極輸入電流，即有效地控制了放大器的增益。本電路具有足夠高的電壓增益和足夠?qū)挼膸?，是能夠使用于RF/IF的寬頻帶放大器。圖2-MC1490應(yīng)用電路

右圖是MC1490的應(yīng)用電路，其工作頻率為30MHz，電路中采用了兩個(gè)單調(diào)諧回路L1C1和L2C2均調(diào)諧于30MHz。

二集中濾波器

高頻電路中常用的集中選頻濾波器主要有多節(jié)LC集中選頻濾波器、晶體濾波器、陶瓷濾波器和聲表面波濾波器。

聲表面波濾波器的選頻特性好、性能穩(wěn)定，溫度系數(shù)小。它的工作頻率范圍在1～1000MHz，相對(duì)帶寬為0.5%～50%；矩形系數(shù)可達(dá)1.1～1.2，特別適合于高頻、超高頻工作。它是當(dāng)前彩色電視機(jī)、雷達(dá)和通信系統(tǒng)中主要采用的一種選頻濾波器。

晶體濾波器和陶瓷濾波器都是利用壓電效應(yīng)制做的濾波器。晶體濾波器的品質(zhì)因數(shù)、工作頻率比陶瓷濾波器高，它通常在超外差接收機(jī)中作為第一混頻后的第一中頻放大器的集中濾波器。而陶瓷濾波器的通帶比晶體濾波器寬些，選擇性也相對(duì)差點(diǎn)。但成本低，主要用于超外差接收機(jī)的第二混頻后的中頻放大器的集中濾波器，465kHz中頻濾波器。6.5MHz電視伴音中頻濾波器。（二）共射—共基集成寬頻帶放大器

電阻的熱噪聲電子器件的噪聲噪聲系數(shù)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)接收機(jī)的靈敏度與最小可檢測(cè)信號(hào)噪聲溫度低噪聲放大器(*)－－討論噪聲的來(lái)源、大小和度量方法，減小噪聲措施第七節(jié)放大電路的噪聲

進(jìn)入通信系統(tǒng)接收端的信號(hào)，除了有用信號(hào)外，還包含各種干擾和噪聲---干擾有用信號(hào)的不期望的擾動(dòng)。一般稱外部來(lái)的為干擾，內(nèi)部產(chǎn)生的為噪聲。也有稱有規(guī)律的無(wú)用信號(hào)為干擾，隨機(jī)起伏的無(wú)用信號(hào)為噪聲這些干擾與噪聲對(duì)系統(tǒng)傳輸信號(hào)的能力，特別是處理弱信號(hào)的能力，將產(chǎn)生極為不利的影響。噪聲限制了一個(gè)電路能夠處理的最小信號(hào)電平。干擾和噪聲具有不同的表現(xiàn)形態(tài)沖擊窄脈沖：雷電干擾，工業(yè)電火花；連續(xù)電振蕩：鄰近信道/設(shè)備干擾，自激振蕩干擾；隨機(jī)噪聲：不規(guī)則電擾動(dòng)，幅度不大，頻率范圍很寬。通信系統(tǒng)的隨機(jī)噪聲可以來(lái)自系統(tǒng)外部，也可以由設(shè)備本身產(chǎn)生系統(tǒng)外部：宇宙噪聲、大氣噪聲；天線噪聲；設(shè)備本身產(chǎn)生的噪聲：來(lái)源于電路器件。主要由電阻內(nèi)電子的熱運(yùn)動(dòng)和電子器件內(nèi)部的帶電粒子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的一種電流或電壓，是電路固有的、隨機(jī)的，與有用信號(hào)無(wú)關(guān)。第七節(jié)放大電路的噪聲

一放大器內(nèi)部噪聲的來(lái)源與特點(diǎn)

放大器內(nèi)部噪聲的主要來(lái)源是電阻熱噪聲和有源器件(晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管)的噪聲。（一）電阻的熱噪聲熱噪聲的概念：電阻材料中的自由電子在外界溫度作用下產(chǎn)生無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，每次運(yùn)動(dòng)都會(huì)在電阻兩端產(chǎn)生起伏電壓。這種因熱而產(chǎn)生的起伏電壓稱為電阻的熱噪聲。電壓的正負(fù)由電子運(yùn)動(dòng)的方向決定；在一段時(shí)間內(nèi)，出現(xiàn)正負(fù)電壓的概率相同，因而兩端平均電壓為零；在某一瞬時(shí)，電阻兩端的電壓不為零，但大小和方向是隨機(jī)變化的；無(wú)法用確切的數(shù)學(xué)表達(dá)式描述，但實(shí)踐和理論分析證明，可以用概率特性和功率譜密度來(lái)描述。電阻熱噪聲Un(t)具有很寬的頻譜，可以從零延伸到1013~1014Hz以上，而且各個(gè)頻率分量的強(qiáng)度是相等的，頻譜類似太陽(yáng)光譜，通常把這種具有均勻、連續(xù)頻譜的噪聲稱為白噪聲。圖2-電阻熱噪聲圖2-電阻熱噪聲的特性電阻熱噪聲的方均值可以用噪聲功率譜密度S(f)表示。而功率譜密度表示單位頻帶內(nèi)的功率。熱噪聲在極寬的頻帶內(nèi)具有均勻的功率譜密度。電阻熱噪聲功率譜密度為S(f)=4KTR

式中，波爾茲曼常數(shù)K=1.38×10-23J/K，T為電阻的絕對(duì)溫度。（一）電阻的熱噪聲電阻熱噪聲的計(jì)量噪聲電壓方均值：噪聲電壓Un(t)是隨機(jī)變化的，在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)平均值為零。但將Un(t)平方后再取平均值，就具有一定的數(shù)值，稱為噪聲電壓方均值。噪聲電壓的平均功率（作用在1歐姆電阻上）：若以S(f)df

表示頻率在f與f+df

之間的平均功率，則總的平均功率為：電阻熱噪聲用噪聲電壓方均值表示為電阻熱噪聲用噪聲電流方均值表示為（一）電阻的熱噪聲電阻熱噪聲的計(jì)量則其中是電路的等效噪聲帶寬，單位為Hz。

結(jié)論電阻的熱噪聲可以用一個(gè)噪聲電壓源和一個(gè)無(wú)噪聲的串聯(lián)電阻等效，或者一個(gè)噪聲電流源和一個(gè)無(wú)噪聲的并聯(lián)電導(dǎo)等效。因功率與電壓或者電流的方均值成正比，所以電阻熱噪聲可以看成是功率源。熱噪聲：由基區(qū)電阻產(chǎn)生，功率譜密度

散粒噪聲：是流過(guò)PN結(jié)的載流子在平均電流I0

上隨機(jī)起伏引入的噪聲，其電流功率譜密度S（f）=2qI0，其中q=1.6×10-19C為載流子電荷量；I0

為結(jié)的平均電流。

分配噪聲：是集電極電流隨基區(qū)載流子復(fù)合數(shù)量的起伏變化所引起的噪聲。

閃爍噪聲是由于半導(dǎo)體表面清潔處理的工藝不完善而產(chǎn)生，主要在低頻范圍。（三）場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲導(dǎo)電溝道電阻產(chǎn)生的熱噪聲。溝道熱噪聲通過(guò)溝道和柵極電容的耦合作用在柵極上的感應(yīng)噪聲。

（二）晶體三極管的熱噪聲二噪聲電路的計(jì)算

（一）噪聲等效電壓源和等效電流源在頻帶⊿fn內(nèi)，溫度為T的電阻熱噪聲可以用下圖所示等效電路表示。其中，等效電壓源等效電流源圖2-電阻熱噪聲的等效電路二噪聲電路的計(jì)算

（二）串并聯(lián)電阻的噪聲計(jì)算1串聯(lián)電阻在兩個(gè)噪聲源不相關(guān)的前提下，串聯(lián)電阻的電壓不能直接相加，只能把產(chǎn)生噪聲的兩個(gè)源的功率相加（或?qū)蓚€(gè)噪聲電壓的方均值相加）。在T和⊿f相同的條件下，可得2并聯(lián)電阻同理可得(一)等效噪聲頻帶寬度

均勻功率譜密度為的白噪聲通過(guò)功率傳輸系數(shù)